使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法.pdf

本发明公开了一种使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法：选择在上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基上布置工形搅拌桩，所述的工形搅拌桩由直径较小的中部小桩和直径较大的上部、下部扩大头组成，中部的小桩设置于中部的硬土层中，上部、下部的扩大头设置于上部、下部的软土层中。工形搅拌桩过桩体直径的变化，形成具有2种置换率的复合地基，在上部、下部工程力学性质较差的软土层中采用较高的桩体置换率，在中间工程力学性质较好的硬土层中采用较低的桩体置换率，对三层软弱地基中的不同土层进行针对性地处理，达到节省工程造价的目的。

1、  一种使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法，其特征如下：
选择在上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基上布置工形搅拌桩，所述的工形搅拌桩由直径较小的中部小桩和直径较大的上部、下部扩大头组成，中部的小桩设置于中部的硬土层中，上部、下部的扩大头设置于上部、下部的软土层中。

2、  根据权利要求1所述的使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法，其特征在于工形搅拌桩采用梅花形布桩或正方形布桩。

3、  根据权利要求1所述的使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法，其特征在于采用叶片可伸缩式搅拌桩机成桩。

4、  根据权利要求1所述的使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法，其特征在于所述工形搅拌桩的施工方法为：用可伸缩为2种不同直径的搅拌叶片施工成桩，在硬土层中，搅拌叶片收缩为小桩直径，以小桩直径的叶片进行搅拌；在软土层中，搅拌叶片伸展为扩大头直径，以扩大头直径的叶片进行搅拌。

5、  根据权利要求1所述的使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法，其特征在于所述工形搅拌桩的施工方法为：
a、搅拌桩机就位，搅拌桩机钻头对准桩位；
b、启动搅拌桩机，搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
c、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达地表；
d、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
e、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
f、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部软土层底面设计标高；
g、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
h、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部软土层底面设计标高；
i、停止喷射固化剂，搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
j、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
k、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达地表或设计标高以上0.5米，完成单桩施工。

使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，是一种适用于上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基上的处理方法，尤其涉及一种使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法。
背景技术
水泥土搅拌桩是加固软土地基的有效方法之一，它是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射水泥浆液或水泥粉，并就地将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂和软土之间的物理化学作用，形成强度较高、整体性、水稳性好的水泥土柱体。目前，工程上应用的水泥土搅拌桩大多为等截面搅拌桩，即单桩的桩体直径是相同的。等截面搅拌桩对于土层分布比较均匀的单层软土比较合适，其中桩体置换率是搅拌桩复合地基设计的主要内容之一，一般被加固的软土性质越差，置换率取的越高，软土性质越好，置换率取的越低。但是对于成层分布的多层软弱地基，采用传统的等截面搅拌桩即意味着土体性质不同的多层地基选用相同的桩体置换率，从复合地基的加固机理来说，这是不合适的。
由于历史沉积的原因，在我国一些地方存在软土层中间夹有一定厚度的硬土层或中等压缩性土层的三层软弱地基。用水泥土搅拌桩加固这种三层软弱地基时，上部、下部的软土层，需要较高桩体置率置，而中间的硬土层或中等压缩性土层只需要较低的桩体置换率，如果采用传统的等截面水泥土搅拌桩，由于中间的硬土层或中等压缩性土层的桩体置换率与软土层相同，于是造成工程浪费，而且中间土层越厚，浪费越多。
发明内容
技术问题：本发明针对软土层中间夹有一定厚度的硬土层或中等压缩性土层的三层软弱地基，提供一种用于部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基上的使用工形搅拌桩处理的方法，本发明能够提高地基的处理效果，从而降低处理成本。
技术方案：一种使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法：
选择在上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基上布置工形搅拌桩，所述的工形搅拌桩由直径较小的中部小桩和直径较大的上部、下部扩大头组成，中部的小桩设置于中部的硬土层中，上部、下部的扩大头设置于上部、下部的软土层中。
工形搅拌桩过桩体直径的变化，形成具有2种置换率的复合地基，在上部、下部工程力学性质较差的软土层中采用较高的桩体置换率，在中间工程力学性质较好的硬土层中采用较低的桩体置换率，对三层软弱地基中的不同土层进行针对性地处理，达到节省工程造价的目的。
与现有技术相比，本发明在达到相同处理效果的前提下，可节省10～30％的地基处理工程造价。
附图说明
图1为工形搅拌桩处理三层软弱地基的剖面图。
图2为工形搅拌桩的单桩施工工艺流程图。
其中有：硬土层1；软土层2；小桩3；扩大头4；搅拌叶片5。
具体实施方式
实施例1
一种使用工形搅拌桩处理三层软弱地基的方法：
选择在上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基上布置工形搅拌桩，所述的工形搅拌桩由直径较小的中部小桩和直径较大的上部、下部扩大头组成，中部的小桩设置于中部的硬土层中，上部、下部的扩大头设置于上部、下部的软土层中。
在本实施例中，
工形搅拌桩采用梅花形布桩或正方形布桩，并采用叶片可伸缩式搅拌桩机成桩。
本实施例用可伸缩为2种不同直径的搅拌叶片施工成桩，在硬土层中，搅拌叶片收缩为小桩直径，以小桩直径的叶片进行搅拌；在软土层中，搅拌叶片伸展为扩大头直径，以扩大头直径的叶片进行搅拌。其施工步骤具体如下：
a、搅拌桩机就位，搅拌桩机钻头对准桩位；
b、启动搅拌桩机，搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
c、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达地表；
d、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
e、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
f、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部软土层底面设计标高；
g、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
h、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部软土层底面设计标高；
i、停止喷射固化剂，搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
j、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
k、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达地表或设计标高以上0.5米，完成单桩施工。
本发明选择一块试验场地，该试验场地为上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基，该三层软弱地基由上部3.0米厚的软土层，中部4.0米厚的硬土层，下部3.0米厚的软土层组成。工形搅拌桩的小桩直径为0.5米，扩大头的直径为0.9米，扩大头的直径与小桩的直径之比为1.8，上部扩大头的长度为3米，中部小桩的长度为4.0米，下部扩大头的长度为3.0米，工形搅拌桩复合地基桩间距为2.0米。搅拌桩固化剂为水泥浆，水泥掺入量为15％，水泥浆的水灰比为0.58。
为了确保扩大头和小桩的单位体积固化剂掺入比基本保持一致，在变截面搅拌桩施工时，应调整搅拌桩机的下沉、提升速度、喷射固化剂的次数和速率。
在所述的上部、下部为软土层、中间为硬土层的三层软弱地基中，上部、下部软土层的土体孔隙比大于1，压缩系数a_1-2大于0.5MPa^-1，压缩模量E_1-2小于3MPa，不排水抗剪强度c_u小于30kPa。中间硬土层的土体孔隙比小于1，压缩系数a_1-2小于0.4MPa^-1，压缩模量E_1-2大于6MPa，不排水抗剪强度c_u大于60kPa。
场地清表，按照设计图纸进行桩位放样，小桩施工时搅拌机下沉和提升速度为0.8米/分，扩大头施工时搅拌机下沉和提升速度为0.6米/分。施工时喷浆速率保持不变，喷浆压力均为0.3MPa，小桩喷射1次水泥浆，扩大头喷射3次水泥浆。具体的工形搅拌桩的单桩施工方法如下(见图2)：
a、搅拌桩机就位，搅拌桩机钻头对准桩位；
b、启动搅拌桩机，搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
c、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达地表；
d、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
e、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
f、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部软土层底面设计标高；
g、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
h、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部软土层底面设计标高；
i、停止喷射固化剂，搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达中部硬土层底面设计标高；
j、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达上部软土层底面设计标高；
k、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达地表或设计标高以上0.5米，完成单桩施工。
按照以上a～k步骤完成场地内其他单桩施工。
现场开挖以及取芯、标惯试验和芯样的室内试验研究的结果显示：工形水泥土搅拌上、中、下三部分能够结合成为一个完整的整体，桩身完整均匀。在试验场地附近的常规搅拌桩对比处理段，桩径0.5米，桩长10米，桩间距1.2米，水泥掺入比为15％，水灰比为0.58，工形搅拌桩处理段和常规搅拌桩处理段的工程地质条件相同，两个处理段的搅拌桩施工结束1个月后，在上面分别填筑4米高的填土，进行地表沉降观测，沉降稳定时工形搅拌桩处理段的沉降值为121mm，常规搅拌桩处理段的沉降为143mm，表明工形搅拌桩的处理效果优于常规搅拌桩。而且，在处理面积相等的情况下，工形搅拌桩比常规搅拌桩节省了20.8％的水泥用量。